通過離子交換可以改變沸石分子篩孔徑的大小,從而改變其性能,達到擇形吸附分離混合物的目的。
沸石分子篩經(jīng)離子交換后,陽離子的數(shù)目、大小和位置發(fā)生改變,如陽離子交換陽離子后使沸石分子篩中的陽離子數(shù)目減少,往往造成位置空缺使其孔徑變大;而半徑較大的離子交換半徑較小的離子后,則易使其孔穴受到一定的阻塞,使有效孔徑有所減小。
SOD籠間通過本身的共面連接形成的是SOD沸石分子篩;SOD籠間通過雙四元環(huán)的連接,形成的是LTA型分子篩;SOD籠間通過雙六元環(huán)的連接,形成的是FAU和EMT沸石分子篩。
另外,在沸石分子篩骨架結(jié)構(gòu)中,常會發(fā)現(xiàn)一些特征的鏈和二維三連接的網(wǎng)層結(jié)構(gòu)以及周期性結(jié)構(gòu)單元(PBU)。我們?yōu)槌R姷奈宸N鏈狀結(jié)構(gòu)為是Pentasil鏈、雙鋸齒形鏈、雙之字形鏈、雙機軸鏈和短柱石鏈。由邊共享的籠所組成的Pentasil鏈是高硅沸石分子篩家族的一個特征鏈。具有代表性的,MFI的骨架結(jié)構(gòu)就是由Pentasil鏈構(gòu)成。平行堆積的二維三連接網(wǎng)層通過上下取向的三連接頂點間相互連接形成三維四連接的骨架結(jié)構(gòu)。例如,GIS類型骨架結(jié)構(gòu)是由4.82二維網(wǎng)層結(jié)構(gòu)上下連接而成。
對于沸石分子篩的形成及其生長機理的深入研究有助于人們更好的設(shè)計合成新型沸石分子篩拓撲結(jié)構(gòu)、擴展沸石分子篩材料合成新路線、開發(fā)沸石分子篩材料的新性質(zhì)及新用途。盡管沸石分子篩的發(fā)展已經(jīng)有許多年了,但是對于它的合成機理方面一直未有一個真正的定論。研究分子篩的晶化機理即具有十分重要的理論意義,也對合成新型的沸石分子篩合成具有實際的指導意義。目前具有代表性的為固相轉(zhuǎn)變機理(Solid hydrogel Transformation mechanism)、液相轉(zhuǎn)變機理(Solution-mediated Transport mechanism)和雙相轉(zhuǎn)變機理這三種機理。
初始凝膠的配比往往能夠決定終產(chǎn)物的類型。初投料的反應物的不同會導致后的生成物的完全不同,如,陽離子不同可以導致分子篩產(chǎn)物的不同,鈉離子容易導向LTA、CAN、FAU、GIS等分子篩骨架的生成;而鉀離子則容易導向LTL、CHA、ERI等類型的分子篩骨架。即使初的反應物相同只是反應物含量有微少的差別也極有可能得到不同的物相,如堿度對分子篩合成體系的影響。另外當所有物料比例都相同,只是簡單的使用不同的硅源也有可能導致分子篩晶體大小、形貌、甚至骨架類型的改變。當我們用相圖來表述整個物料時,從中可以發(fā)現(xiàn)許多結(jié)構(gòu)只能在一個特定的區(qū)域里得到。有時由于過于多的影響因素,只能選擇一兩個變量來作圖。另外,投料時的加料順序,人為操作對于分子篩的合成也是一個影響因素。 [5]
分子篩在使用過程中會逐漸失去活性或性能下降,導致其無法再滿足使用要求。此時,如果直接廢棄分子篩,不僅會浪費資源,還可能對環(huán)境造成污染。因此,對廢舊分子篩進行回收再利用具有重要意義。
分子篩的回收方法多種多樣,主要包括以下幾種:
熱解法
原理:將廢舊分子篩加入有機溶劑中,并在高溫下進行脫模,從而得到干凈的分子篩。
特點:適用于大批量的分子篩回收,熱解。但過程中會產(chǎn)生一定的有機廢水和固體廢棄物,需要妥善處理。
氣流冷卻法
原理:將使用過的分子篩在空氣中進行熱解,然后通過氣流將產(chǎn)生的分子篩碎片和顆粒收集起來進行回收和處理。
特點:回收,處理過程簡單。但高溫熱解過程可能釋放有害氣體,需要采取防護措施。
溶劑萃取法
原理:利用溶劑將分子篩溶解,然后從溶液中分離和收集分子篩。
特點:操作簡單易行,適用于分子篩穩(wěn)定性和可溶性較高的情況。但需注意溶劑對環(huán)境的影響和回收成本。